പുതിയ ഊർജ മേഖല അടുത്തിടെ കുതിച്ചുയരുകയാണ്. ബാറ്ററികളുടെയും മൊബൈൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളുടെയും വികസനത്തെയും പ്രവർത്തന തത്വങ്ങളെയും കുറിച്ച് ഇന്ന് നമ്മൾ സംസാരിക്കും.

1. ബാറ്ററിയുടെ പ്രവർത്തന തത്വം

കെമിക്കൽ എനർജി, ലൈറ്റ് എനർജി, ഹീറ്റ് എനർജി മുതലായവയെ നേരിട്ട് വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റാൻ കഴിയുന്ന ഉപകരണത്തെ ബാറ്ററി എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ഇതിൽ കെമിക്കൽ ബാറ്ററികൾ, ന്യൂക്ലിയർ ബാറ്ററികൾ മുതലായവ ഉൾപ്പെടുന്നു, നമ്മൾ സാധാരണയായി ബാറ്ററികൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നത് കെമിക്കൽ ബാറ്ററികളെയാണ് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്.

പ്രായോഗിക കെമിക്കൽ ബാറ്ററികൾ പ്രാഥമിക ബാറ്ററികൾ, അക്യുമുലേറ്ററുകൾ എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ നാം സമ്പർക്കം പുലർത്തുന്ന ബാറ്ററികൾ പ്രധാനമായും സഞ്ചയിക്കുന്നവയാണ്. ഉപയോഗിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്, തുടർന്ന് അത് ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാം. ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, വൈദ്യുതോർജ്ജം രാസ ഊർജ്ജമായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു; ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, രാസ ഊർജ്ജം വൈദ്യുതോർജ്ജമായി മാറുന്നു.

ബാറ്ററി ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, വൈദ്യുതധാര പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് ഒരു ബാഹ്യ സർക്യൂട്ടിലൂടെ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൽ, പോസിറ്റീവ് അയോണുകളും നെഗറ്റീവ് അയോണുകളും യഥാക്രമം ഇലക്ട്രോഡുകളിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ കറന്റ് നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിൽ നിന്ന് പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ബാറ്ററി ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ, രണ്ട് ഇലക്ട്രോഡുകൾ ഒരു രാസപ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, കൂടാതെ സർക്യൂട്ട് വിച്ഛേദിക്കപ്പെടുകയോ ഒരു രാസപ്രവർത്തനം സംഭവിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നു. മെറ്റീരിയൽ തീരുമ്പോൾ, ഡിസ്ചാർജ് നിർത്തും.

ബാറ്ററിക്കുള്ളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മെറ്റീരിയലുകളെ ആശ്രയിച്ച്, ബാറ്ററി റീചാർജ് ചെയ്യാവുന്നതോ അല്ലാത്തതോ ആകാം. ചില രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ പഴയപടിയാക്കാവുന്നവയാണ്, ചിലത് മാറ്റാനാവാത്തവയാണ്.

ബാറ്ററിയുടെ ശേഷിയും വേഗതയും അതിന്റെ മെറ്റീരിയലിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

2 സെൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളുടെ ചരിത്രം

മൊബൈൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളെ അടിസ്ഥാനപരമായി മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങളായി തിരിക്കാം: Ni-Cd ബാറ്ററി → Ni-MH ബാറ്ററി →

ഈ മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങളുടേയും പേരുകളിൽ നിന്ന്, ബാറ്ററികളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രധാന രാസ ഘടകങ്ങൾ മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നതും ബാറ്ററികളിൽ കൂടുതൽ സാങ്കേതിക കണ്ടുപിടുത്തങ്ങളും ഉണ്ടെന്നും നമുക്ക് കാണാൻ കഴിയും. ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഇല്ലെങ്കിൽ ഇന്ന് മൊബൈൽ സ്മാർട്ട് ലൈഫ് ഉണ്ടാകില്ല എന്ന് പോലും നമുക്ക് പറയാം.

1980-കളിൽ മൊബൈൽ ഫോണുകൾ ആദ്യമായി പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടപ്പോൾ അവയെ “മൊബൈൽ ഫോണുകൾ” എന്നും വിളിച്ചിരുന്നു. പേരിൽ നിന്ന് തന്നെ അത് വളരെ വലുതാണെന്ന് കാണാം. വലിയ ബാറ്ററിയാണ് ഇതിന്റെ പ്രധാന കാരണം.

1990-കളിൽ Ni-MH ബാറ്ററികൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു, അവ ചെറുതും പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദവുമാണ്. മോട്ടറോളയുടെ സ്റ്റാർ ഉൽപ്പന്നമായ StarTAC നിക്കൽ മെറ്റൽ ഹൈഡ്രൈഡ് ബാറ്ററികൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവ ആളുകളുടെ ധാരണയെ അട്ടിമറിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്. 328-ൽ പുറത്തിറങ്ങിയ StarTAC1996, 87 ഗ്രാം മാത്രം ഭാരമുള്ള ലോകത്തിലെ ആദ്യത്തെ ഫ്ലിപ്പ് ഫോൺ ആയിരുന്നു.

1990 കളുടെ തുടക്കത്തിൽ ലിഥിയം ബാറ്ററികളും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. 1992-ൽ സോണി സ്വന്തം ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ ലിഥിയം ബാറ്ററി അവതരിപ്പിച്ചു, എന്നാൽ ഉയർന്ന വിലയും മികച്ച ശക്തിയുടെ അഭാവവും കാരണം, സ്വന്തം ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ മാത്രമേ ഇത് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയൂ. തുടർന്ന്, ലിഥിയം ബാറ്ററി സാമഗ്രികളുടെ സാങ്കേതിക കണ്ടുപിടിത്തവും നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയും, അതിന്റെ ശേഷിയും ചെലവും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ക്രമേണ കൂടുതൽ നിർമ്മാതാക്കളുടെ പ്രീതി നേടുകയും ചെയ്തു. ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ യുഗം ഔദ്യോഗികമായി എത്തിയിരിക്കുന്നു.

ലിഥിയം ബാറ്ററിയും നോബൽ സമ്മാനവും

മൊബൈൽ ഫോണുകൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് അതിവേഗം വികസിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, മൊബൈൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളുടെ വികസനം താരതമ്യേന മന്ദഗതിയിലാണ്. സർവേ ഡാറ്റ അനുസരിച്ച്, ഓരോ 10 വർഷത്തിലും ബാറ്ററികളുടെ ശേഷി 10% വർദ്ധിക്കുന്നു. ചുരുങ്ങിയ സമയത്തിനുള്ളിൽ മൊബൈൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളുടെ ശേഷി ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് മിക്കവാറും അസാധ്യമാണ്, അതിനാൽ മൊബൈൽ ഫോൺ ബാറ്ററികളുടെ മേഖലയ്ക്കും പരിധിയില്ലാത്ത സാധ്യതകളും സാധ്യതകളും ഉണ്ട്.

2019 ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം പ്രൊഫസർ ജോൺ ഗുഡ്‌നഫ്, സ്റ്റാൻലി വിറ്റിംഗ്ഹാം, ഡോ. അകിര യോഷിനോ എന്നിവർക്ക് ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ മേഖലയിലെ പ്രവർത്തനത്തിന് അർഹരായി. വാസ്തവത്തിൽ, എല്ലാ വർഷവും അവർ വിജയിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ വിജയിക്കുമോ എന്ന് ചിലർ പ്രവചിക്കുന്നു. ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ പുരോഗതി സമൂഹത്തിന് വലിയ സ്വാധീനവും സംഭാവനയും നൽകുന്നു, അവരുടെ അവാർഡുകൾ അർഹമായതാണ്.

1970-കളിലെ മിഡിൽ ഈസ്റ്റ് യുദ്ധത്തിന്റെ ആദ്യ എണ്ണ പ്രതിസന്ധി എണ്ണയെ ആശ്രയിക്കുന്നതിൽ നിന്ന് മുക്തി നേടേണ്ടതിന്റെ പ്രാധാന്യം മനസ്സിലാക്കാൻ ആളുകളെ പ്രേരിപ്പിച്ചു. പുതിയ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകളിൽ പ്രവേശിക്കുന്നത് എണ്ണയെ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയും. ബാറ്ററികളുടെ ഗവേഷണത്തിലും വികസനത്തിലും ആവേശഭരിതമായ രാജ്യങ്ങൾ പുതിയ ഉയരങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചു. എണ്ണ പ്രതിസന്ധിയുടെ ആഘാതത്തോടെ, ബദൽ ഊർജ്ജ മേഖലയിൽ സംഭാവനകൾ നൽകുമെന്ന് അദ്ദേഹം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന്റെ ആദ്യ മിനിറ്റുകളിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിച്ച ഒരു പുരാതന മൂലകമെന്ന നിലയിൽ, 19-ആം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തിൽ സ്വീഡിഷ് രസതന്ത്രജ്ഞരാണ് ലിഥിയം അയോണുകളുടെ രൂപത്തിൽ ലിഥിയം ആദ്യമായി കണ്ടെത്തിയത്. അത് അങ്ങേയറ്റം പ്രതിക്രിയാത്മകമാണ്. അതിന്റെ ബലഹീനത പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലാണ്, പക്ഷേ അത് അതിന്റെ ശക്തി കൂടിയാണ്.

ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യാൻ ശുദ്ധമായ ലിഥിയം ഒരു ആനോഡായി ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ, ലിഥിയം ഡെൻഡ്രൈറ്റുകൾ രൂപം കൊള്ളുന്നു, ഇത് ബാറ്ററിയിൽ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ഉണ്ടാക്കാം, തീപിടുത്തമോ സ്ഫോടനമോ ഉണ്ടാക്കാം, പക്ഷേ ഗവേഷകർ ഒരിക്കലും ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ ഉപേക്ഷിച്ചിട്ടില്ല.

മൂന്ന് നോബൽ സമ്മാന ജേതാക്കൾ: സ്റ്റാൻലി വിറ്റിംഗ്ഹാം, 1970-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ റൂം താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിച്ച, ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടാൻ ലിഥിയത്തിന്റെ ശക്തമായ ഡ്രൈവ് ഉപയോഗിച്ച് പൂർണ്ണമായി പ്രവർത്തനക്ഷമമായ ആദ്യത്തെ ലിഥിയം ബാറ്ററിയാണ്;

വിറ്റിംഗ്ഹാമിന്റെ ബാറ്ററിക്ക് രണ്ട് വോൾട്ടുകളിൽ അൽപ്പം കൂടുതൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. കാഥോഡിലെ കോബാൾട്ട് ലിഥിയം ഉപയോഗിക്കുന്നത് വോൾട്ടേജ് ഇരട്ടിയാക്കുമെന്ന് 1980-ൽ ഗുഡ്‌നഫ് കണ്ടെത്തി. അവൻ ബാറ്ററിയുടെ സാധ്യതകൾ ഇരട്ടിയാക്കി, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കാഥോഡ് മെറ്റീരിയൽ വളരെ ഭാരം കുറഞ്ഞതാണ്, പക്ഷേ ഇതിന് ശക്തമായ ബാറ്ററി ഉണ്ടാക്കാൻ കഴിയും. കൂടുതൽ ഉപയോഗപ്രദമായ ബാറ്ററികൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് അദ്ദേഹം മെച്ചപ്പെട്ട സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചു;

1985-ൽ അകാസെ യോഷിനോ ആദ്യത്തെ വാണിജ്യ റോബോട്ടിനെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. ഗുഡ്‌നെയൂഫ് കാഥോഡായി ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന ലിഥിയം കോബാൾട്ട് ആസിഡ് അദ്ദേഹം തിരഞ്ഞെടുത്തു, കൂടാതെ ലിഥിയം അലോയ്‌ക്ക് പകരം കാർബണിനെ ബാറ്ററിയുടെ നെഗറ്റീവ് ഇലക്‌ട്രോഡാക്കി മാറ്റി. സുസ്ഥിരമായ പ്രവർത്തനവും, ഭാരം കുറഞ്ഞതും, വലിയ ശേഷിയും, സുരക്ഷിതമായി മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതും, സ്വതസിദ്ധമായ ജ്വലനത്തിന്റെ സാധ്യതയും ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നതുമായ ഒരു ലിഥിയം ബാറ്ററി അദ്ദേഹം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.

അവരുടെ ഗവേഷണമാണ് ലിഥിയം ബാറ്ററികളെ എണ്ണമറ്റ ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് തള്ളിവിട്ടത്, ആധുനിക മൊബൈൽ ജീവിതം ആസ്വദിക്കാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു. ലിഥിയം ബാറ്ററികൾ വയർലെസ്, ഫോസിൽ-ഇന്ധന രഹിത പുതിയ സമൂഹത്തിന് അനുയോജ്യമായ സാഹചര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും മനുഷ്യരാശിക്ക് വളരെയധികം പ്രയോജനം ചെയ്യുകയും ചെയ്തു.

സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരിക്കലും നിലയ്ക്കുന്നില്ല

അന്നൊക്കെ ചാർജ് ചെയ്യാൻ 10 മണിക്കൂറും സംസാരിക്കാൻ 35 മിനിറ്റും വേണ്ടിവന്നിരുന്നു, എന്നാൽ ഇപ്പോൾ നമ്മുടെ മൊബൈൽ ഫോണുകൾ നിരന്തരം ആവർത്തിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. പണ്ടത്തെപ്പോലെ ചാർജിംഗ് പ്രശ്‌നത്തിന് നമ്മൾ വിധേയരാകില്ല, പക്ഷേ സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരിക്കലും നിലച്ചിട്ടില്ല. വലിയ കപ്പാസിറ്റി, ചെറിയ വലിപ്പം, ദൈർഘ്യമേറിയ ബാറ്ററി ലൈഫ് എന്നിവയുള്ള റോഡ് ഞങ്ങൾ ഇപ്പോഴും പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുകയാണ്.

ഇതുവരെ, ലിഥിയം ബാറ്ററികളുടെ ഡെൻഡ്രൈറ്റ് പ്രശ്നം ഇപ്പോഴും ഗവേഷകരെ ഒരു പ്രേതത്തെപ്പോലെ വേട്ടയാടുന്നു. ഈ വലിയ സുരക്ഷാ അപകടത്തെ അഭിമുഖീകരിക്കുമ്പോൾ, ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഇപ്പോഴും കഠിനാധ്വാനത്തിലാണ്. 90-കാരനായ നൊബേൽ സമ്മാന ജേതാവായ ഗുഡ്‌നഫ്, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ബാറ്ററികളുടെ ഗവേഷണത്തിനും വികസനത്തിനും സ്വയം അർപ്പിതനാണ്.

സുഹൃത്തേ, പുതിയ ഊർജ്ജത്തെക്കുറിച്ച് നിങ്ങൾ എന്താണ് ചിന്തിക്കുന്നത്? ബാറ്ററി ഫീൽഡിന്റെ ഭാവിയെക്കുറിച്ചുള്ള നിങ്ങളുടെ കാഴ്ചപ്പാട് എന്താണ്? ഭാവിയിലെ മൊബൈൽ ഫോണുകളെക്കുറിച്ചുള്ള നിങ്ങളുടെ പ്രതീക്ഷകൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

ചർച്ച ചെയ്യാൻ ഒരു സന്ദേശം അയയ്‌ക്കാൻ സ്വാഗതം, ദയവായി ബ്ലാക്ക് ഹോൾ സയൻസിൽ ശ്രദ്ധിക്കുക, കൂടുതൽ രസകരമായ ശാസ്ത്രം നിങ്ങൾക്ക് കൊണ്ടുവരിക.